在 C++ 中是否需要 bool 以在 true 时设置为 1 位/在 false 时设置为 0 位来表示

Question

我正在考虑通过使用 uint32_t 和 bool[4] 的联合来微优化一个返回 4 个 bool 的函数，然后执行 popcnt 指令来查看 bool 数组中有多少元素为真。

但我不知道标准是否保证 bool 表示为数字，在 true 时只设置 1 位，在 false 时设置 0 位。

如果答案是否定的，那么我有一个后续问题：如果不需要，是否要求表示是恒定的，例如如果我有一个测试来检查转换为 uint_8t 的 true bool 是否为 1（而 false 为 0），这是否意味着程序中 bool 的每个表示都将表现相同。

注意：我知道 bool 不需要为 1byte，但我可以对此进行 static_assert。

Answer 1

我正在考虑对返回 4 个布尔值的函数进行微优化 通过使用 uint32_t 和 bool[4] 的联合，然后执行 popcnt 指令查看 bool 数组中有多少元素为真。

这将导致未定义的行为，因为访问联合的非活动成员违反了对象生存期规则。您可能想改用 std::bitset<4> — 它是为这样的使用而设计的。

请注意，std::bitset 不能直接由多个bools 构成，您可能必须先组合一个unsigned long long。或者你可以使用这样的辅助函数：

template <std::size_t N>
constexpr std::bitset<N> pack_bools(const bool (&arr)[N])
{
    static_assert(N <= std::numeric_limits<unsigned long long>::digits);

    unsigned long long num{0};
    for (std::size_t i = 0; i < N; ++i) {
        if (arr[i])
            num += 1LL << i;
    }
    return std::bitset<N>{num};
}

用法：

pack_bools({true, false, true, false}); // for example

(test)

但我不知道标准是否保证 bool 被表示 作为数字，只有 1 位设置为真，0 位设置，当它是 假的。

不，没有这样的保证。 [basic.fundamental]/10:

类型 bool 是具有相同对象的不同类型 表示、价值表示和对齐要求作为 实现定义的无符号整数类型。类型的值 bool 是 true 和 false。 [ 注意： 没有signed， unsigned、short 或 long bool 类型或值。 — 结束 注意 ]

没有更多关于价值表示的保证。

如果答案是否定的，那么我有一个后续问题：如果不是 required 是否要求表示是恒定的，例如如果我 进行测试，检查转换为 uint_8t 的 true bool 是否为 1（和 0 for false) 是否意味着布尔的每个表示 该程序的行为将相同。

不，也没有这样的保证。